機械包裝自動化的應用

摘 要：包裝機械由于工作速度快，停產造成的損失大，所以需求包裝機械的企業對于包裝機的生產率、穩定性以及可靠性要求非常高，這就要求包裝機械同過程控制、電子信息、檢測等自動化技術相結合。可以說，目前中國的整個包裝行業在不斷升級，包裝機械的自動化、智能化、信息化水平不斷提高。

關鍵詞：包裝機械；發展現狀；自動化；發展前景

一、我國包裝機械行業的現狀

中國包裝機械起步較晚，起于上個世紀70年代，北京市商業機械研究所在研究了日本的包裝機械后，制造了中國第一臺包裝機。包裝機械經過20多年的發展，已成為機械工業中十大行業之一，為我國包裝工業快速發展提供了有效的保障。

我國食品包裝機械大部分以單機控制為主，應用PLC和工控機、DCS及現場總線技術不到設備總數的10%。食品和包裝生產線的傳動以機械傳動為主，控制技術和驅動技術的綜合應用水平低，系統不能達到最優化設計。由于生產企業技術水平不高，傳感和檢測技術、定位控制、在線監測等得不到充分應用，與國外先進控制技術有較大的差距。食品和包裝機械高中低檔產品自動化水平差距大。中高檔食品和包裝機械中自動化產品平均約占銷售額的8%～12%，普遍應用PLC、變頻器、合資低壓電器產品，部分應用人機界面。低檔食品和包裝機械中，自動化產品平均約占銷售額的3%～5%，大部分還是應用繼電器控制，沒采用變頻器，應用國產低壓電器產品，基本不應用人機界面。

總之，最近的十年時間中國包裝機械的技術水平上有較大的提高，但是和發達國家相比，還存在一定的差距。所以要想加快包裝機械發展速度，趕超世界先進水平，我國必須采取強有力的措施，可以從以下幾個方面來做：

（1）要堅持自主創新，走產學研相結合的道

路。由于我國研發經費非常少，所以可以在大學知識研發應用的基礎上，加強科研機構技術開發、成果轉化與工程成套，并與企業規模化生產制造相結合的產學研一體化的技術創新。

（2）重大關鍵技術進行引進、消化吸收、再創新。我國目前的技術絕大部分是仿制國外的，真正自主研發的只有5%～10%，還太少。我們要在空白領域和重大關鍵技術方面通過引進，消化與吸收，然后再創新，開發具有自主知識產權的技術。

（3）提高企業內部的信息化管理，顧及到上下游的需求和安全。制造本身是一個系統工程，要建立以市場信息為先導、原料信息、加工信息、銷售與物流信息等一體的完整的產業信息體系，實現各產業鏈之間信息的有效反饋和銜接。

二、傳動系統

傳動產品在包裝機械上的使用主要是為了調整主工藝速度和控制電機在生產過程速度的期性變化。在現代包裝機械自動化中，變頻器充當了極為重要的角色，它是計算機技術、現代控制技術和網絡技術的有機結合，具有調速范圍寬、調速精度高、動態響應快、運行效率高、功率因數高、操作方便、節能效果顯著等一系列的優點。由于變頻器具有上述優點，因而在大型包裝機和包裝生產線上得到了廣泛地應用。應用在包裝機械行業的變頻器品牌主要有臺達和施耐德、富士、安川、SEW、西門子等。

三、人機界面

包裝機械的HMI以文本顯示器為主，通常與PLC或者單片機配合使用，用以設定生產工藝參數，監控設備運行狀態，記錄設備生產歷史。少數高端機械使用了觸摸屏。人機界面廠家主要有DIGITAL、HITECH、三菱、OMRON、西門子和EASYVIEW。

四、運動控制

運動控制產品在包裝機上的應用主要是實現精確的位置控制和嚴格的速度同步，主要通過伺服電機來實現，伺服電機具有自動調整、響應速度快、低振動等優點，故廣泛應用于裝卸，輸送，打標，碼垛，卸垛等工序。如臺達ASDA-A2高性能伺服控制器的送標、切標系統，使套標速度達到600～800瓶/min，可以滿足果汁飲料、啤酒等快速消費品生產需求。伺服控制器應用主要有松下、臺達、富士、三菱等進口及合資企業產品。

五、控制系統

PLC控制系統具有可靠性高、程序設計方便靈活、抗干擾能力強、運行穩定等諸多優點，包裝機械的大部分控制系統選擇使用了PLC控制系統。調查顯示PLC系統在5年以內將是包裝機械的主流控制系統。PLC、變頻器和人機界面的應用主要集中在啤酒和飲料包裝設備、方便食品生產線、全自動包裝機、瓦楞紙板（箱）生產設備、乳品包裝設備上，應用在食品包裝機械市場的PLC主要有三菱、OMRON、西門子、施耐德和臺達等品牌。

綜上所述，包裝行業雖屬于配套行業，但涉及國民經濟的許多領域，特別是食品與飲料行業，更是依賴于包裝行業的技術進步和配套服務，因此，我們努力積極推動包裝業走上快速健康發展的自動化道路。我國包裝機械發展對自動化的要求自動化改變著包裝機械行業的制造方法及其產品的傳輸方式，實現自動控制的包裝系統能夠極大地提高生產效率和產品質量，有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。

食品原料在加工時不僅收獲主要產品，還收獲附加產品，如玉米加工，產品除了玉米淀粉外，還有玉米油、色拉油、人造黃油、葡萄糖、玉米蛋白及飼料等。另外還進行污水處理。生產全過程均為自動化，沒有廢棄物、沒有污染，其他產品的價值已大大超過玉米淀粉的價值。為了適應食品包裝機械對自動化趨勢發展的要求和日益提高的加工工藝，設計時將包裝機械的研發與計算機結合，實現機電一體化控制。從系統觀點出發，運用過程控制原理，將機械、電子與信息、檢測等有關技術進行有機組合，實現整體最佳化。具體來說，主要涉及到以下幾種自動化技術：

（1）現場總線技術現場總線技術的應用首先“解放”了大部分的硬件，其次簡化了安裝環節；可以將現場總線技術與ERP系統集成，這樣管理層就可以通過ERP系統十分便利地調取、分析運行數據，了解生產的實時情況，監測車間的運行情況。現場總線技術在國內的大型食品加工企業應用較為普遍，這為整個生產線的無人化操作以及傳動、檢測等工序的無縫銜接提供了可能。

（2）傳感器技術在包裝機械與食品加工行業中，傳感器的應用場合繁多，對食品飲料存儲罐的監控，對食品飲料的灌裝封裝、混合及加工、冷卻及加溫、清潔、包裝等工序都要用到傳感器。

（3）物流自動化技術物流自動化使得整個產品加工與包裝生產線得到完善，形成一個完整的產品加工鏈。物流自動化技術最直接的體現就是使得人力得到節省。

六、結束語

我國加入WTO，這對包裝機械行業產品的出口提供了機遇，同時我國包裝機械也因此面臨著嚴峻的考驗，要想縮小我國與歐美國家之間的差距，就必須將自動化技術引入到包裝機械中。要將機電一體化技術、智能化包裝技術按產品自動包裝工藝要求組合成全自動包裝統進行生產，生產過程的檢測與控制、故障的診斷與排除將實現全面自動化，實現高速、優質、低耗和安全生產。